一种输电线路状态监测代理装置的制作方法

本发明涉及一种输电线路状态监测代理装置，属于输电线路状态监测技术领域。

背景技术：

输电线路是电力网骨架、网络和功能的重要组成部分，输电线路监测旨在及时发现脏物、天气、地质、负荷等内外原因造成输电线路老化、腐蚀、损坏等问题，是运维工作的重要内容，对输电线路的运行质量和整个电网的运行效率有着直接的影响。在实际运维工作中,主要通过人工巡检、无人机巡检和载人直升机巡检三种方式进行输电线路的周期性监测，但这三种监测方式存在一些突出问题：

1、人工巡检易受地理环境影响，时效性差、效率低；

2、无人机和载人直升机巡检受气候、地理环境影响较大；

3、在输电线路的“三跨”(高速铁路、公路、输电线路)区域及开山、楼房施工等区域，存在输电线路遭受外力破坏、线路保护区被侵害等情况，这三种巡检方式无法及时发现并保留现场，在处理相关责任和法律问题时，由于没有直接或有说服力的证据资料，往往使得管理单位维权无力，蒙受巨大损失。

现有方法使用传感器对输电线路进行图形、图像、视频和工业测量数据(杆塔倾斜、微气象、绝缘子、红外测温、防外力破坏等)进行采集和分析，实现输电线路状态的实时监测和自动告警。其数据传输分为两部分：1、本地数据采集网(localdatacollocationnetwork，ldcn)，负责采集本杆塔传感器的图形、图像、视频和工业测量数据；2、数据远传通信网(dataremotetransmissionnetwork，drtn)，负责传输每个杆塔的图形、图像、视频和工业测量数据到远方主站。系统架构如图1所示，本地杆塔的状态监测设备(conditionmonitoringdevice，cmd)采集数据，通过ldcn传送给本地杆塔的cma，各杆塔的cma通过drtn把监测数据传送给监控主站。

而现有的drtn一般采用2g、3g、4g、wi-fi、wimax(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess，wimax)、5.8ghz微波和opgw(opticalfibercompositeoverheadgroundwire，opgw)中的一种或者多种通信方法相组合的方式，在公网无线信号较好的区域采用2g、3g或4g无线通信，在公网信号不好的区域采用opgw的有线通信方式，在公网信号不好且无opgw接入点的区域采用5.8ghz、wi-fi或者wimax的无线通信方式。但是，在公网信号不好且无opgw接入点的区域采用5.8ghz、wi-fi或者wimax的无线通信方式存在以下三个问题：

1、单个wimax基站覆盖范围广，但需要建设基站，投资成本大，基站360°广覆盖的模式不适用于线型输电线路的场景。且wimax基站建设涉及权限问题。

2、wi-fi接入点(accesspoint，ap)覆盖范围小，杆塔间距离较大时，单个ap只能覆盖本基杆塔的范围，适合用作ldcn的通信方式，不适合用作drtn的通信方式；

3、5.8ghz微波通信技术采用点对点的通信方式，可灵活自组网，无需建设基站，投资成本低，传输距离在8-10km，能够满足drtn的要求。相比wi-fi和wimax技术，5.8ghz微波通信技术更适用于公网信号不好且无opgw接入点的区域的通信。但5.8ghz频率高、波长短，绕射能力差，遇到障碍物时能量衰减较大，传播距离变短，5.8ghz无线通信质量易受杆塔、树叶等障碍物的影响。

因此，亟需一种能够抗干扰的输电线路监测系统的cma，以解决公网条件不好且无opgw接入点的区域中数据传输质量差、可靠性不高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种输电线路状态监测代理装置，解决了现有公网条件差且无opgw接入点的区域数据传输质量差、可靠性低的问题。

本发明采用如下技术方案：一种输电线路状态监测代理装置，包括mcu和至少一个载波聚合射频模块，所述mcu连接所述载波聚合射频模块；每个载波聚合射频模块聚合多个不同频段；

所述mcu用于通过所述载波聚合射频模块获取与相邻状态监测代理装置之间的信道质量信息以判断信道质量，并根据信道质量控制载波聚合射频模块切换信道，同时向相邻状态监测代理装置发送信道切换指令；

而且，mcu还用于，当通过所述载波聚合射频模块接收相邻状态监测代理装置发送的信道切换指令时，控制切换信道。

本发明通过在状态监测代理装置cma中的射频模块中聚合多个频段，实时监控信道质量，在信道质量差时控制切换信道，实现了自动调频功能，并且抗干扰能力强，提高了通信质量，而且，通过这种状态监测代理装置实现了点对点自组网的方式，无需建设基站或者ap，只需要将数据传输至公网信号好或者存在opgw接入点的区域的状态监测代理装置，即可实现输电线路的可靠通信。

进一步的，所述信道质量信息包括：rsrp、sinr和数据传输速率信息。

进一步的，如果rsrp、sinr和数据传输速率信息分别小于对应的判断阈值，则控制所述载波聚合射频模块切换信道，同时向相邻状态监测代理装置发送信道切换指令。

进一步的，所述状态监测代理装置包括第一载波聚合射频模块、第二载波聚合射频模块和数据交换模块，所述第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块通过所述数据交换模块连接所述mcu。

进一步的，所述状态监测代理装置还包括多模态通信终端模块，所述多模态通信终端模块连接所述数据交换模块。

进一步的，所述状态监测代理装置还包括供电电源和电源管理模块，所述供电电源通过电源管理模块分别连接所述mcu、数据交换单元、第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块。

进一步的，所述多模态通信终端模块包括2g终端模块、3g终端模块、和/或4g终端模块。

进一步的，每个载波聚合射频模块聚合2.4ghz和5.8ghz频段。

附图说明

图1是现有输电线路状态监测系统架构；

图2是本发明状态监测代理装置实施例1中装置结构图；

图3是本发明状态监测代理装置实施例1中装置工作原理图；

图4是本发明状态监测代理装置实施例1中装置自组网系统原理图；

图5是本发明状态监测代理装置实施例2中装置结构图；

图6是本发明状态监测代理装置实施例2中装置自组网系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

状态监测代理装置实施例1：

本实施例针对5.8ghz无线通信质量易受杆塔、树叶等障碍物影响的问题，设计了一种2.4ghz、5.8ghz频段载波聚合并且能够实现自动调频的状态监测代理(conditionmonitoringagent，cma)装置(以下简称cma)；作为其他实施方式，也可以聚合其他频段，例如900mhz等。

本实施例中，cma中设置一个载波聚合射频模块，所述的载波聚合射频模块是采用现有的载波聚合方法实现射频模块的配置，属于现有技术，该载波聚合射频模块通过载波聚合方法聚合2.4ghz和5.8ghz频段载波，从而获取2.4ghz和5.8ghz频段各13个共26个信道，每个信道带宽20mhz，使用dsss(直序列扩频)技术，单独一个模块无需模块间的切换和互斥操作。

如图2所示，mcu连接载波聚合射频模块；通过该载波聚合射频模块获取与相邻塔杆上设置的状态监测代理装置之间的信道质量信息以判断信道质量，并根据信道质量控制载波聚合射频模块切换信道，同时向相邻状态监测代理装置发送信道切换指令；

而且，mcu还用于，当通过所述载波聚合射频模块接收相邻状态监测代理装置发送的信道切换指令时，控制切换信道。

在通过上述过程完成了该状态监测代理装置与相邻状态监测代理装置之间协商通信通道的过程后，需要进行数据交互的双方采用新的信道进行数据传输。mcu通过rs232/rs485、zigbee、lora和蓝牙等ldcn接口连接状态监测设备cmd，获取相应的监控数据，并通过该切换后的信道将监控数据进行发送。

同时，在公网信号较好的区域，状态监测代理装置的mcu能够通过2g终端模块、3g终端模块、和/或4g终端模块与基站建立连接，通过基站与监控主站通信；在存在opgw接入点的区域，状态监测代理装置的mcu还能够通过数据交换模块接入drtn，与监控主站通信。

所述输电线路状态监测代理装置还包括供电电源和电源管理模块，所述供电电源通过电源管理模块连接所述mcu、数据交换单元和载波聚合射频模块，用于提供工作电源。

通过上述方式实现在当通信状况不好时，点对点通信的两个cma可以自动切换到质量好的信道并进行自组网。

具体的，每个cma中的载波聚合射频模块有主动和被动两种工作模式。其工作原理如图3所示。

1)利用载波聚合技术对多个载波频段进行载波聚合，使得cma具有多个信道。

2)进行点对点通信的cma按照用户预先设定的工作模式、初始工作信道、信道切换阈值和信道切换策略。

3)如果链路通，那么进行数据转发；否则，切换到前次信道。

4)如果cma中的载波聚合射频模块工作在主动模式，那么cma接收对端周期性发来的rsrp、sinr值和数据速率信息；如果工作在被动模式，那么转至步骤7)。

5)按照策略判断是否需要切换信道，如果需要切换信道，那么转至6)；否则，转至3)。rsrp、sinr值和数据速率可根据实际情况由用户设置，切换策略可由用户使用类c语言的方式编程设定。

6)cma向对端发送将要切换的信道信息，并向自己的载波聚合射频模块发送信道切换命令，转至3)。

7)向对端周期性发送rsrp、sinr值和数据速率信息。

8)并检测是否接收到对端发送的信道切换指令，如果是，那么按照指令切换信道。转至3)。

以下是本实施例的一个具体应用示例。

如图4所示，本实施例以2.4ghz、5.8ghz频段载波聚合、点对点通信的cma1和cma2为例，对相邻两个cma自动协商通信信道，实现自组网的过程进行详细的说明。

(1)用户按表1设定两个cma的参数。

表1：

(2)cma1和cma2按照表1的设定工作，cma2周期性地向cma1发送rsrp、sinr值和接收到的数据速率。

(3)一段时间后，由于树叶遮挡等季节性原因，导致通信质量下降，cma1收到cma2的消息：rsrp<-85dbm、sinr<10、数据速率＝＝f2。

(4)cma1判断f2<90％*发送流量，向cma2发送切换信道到2.4ghz频段信道1的指令，并切换自己的信道到2.4ghz频段信道1。

(5)cma2切换信道到2.4ghz频段信道1。

(6)cma1和cma2在2.4ghz频段信道1成功自组网，进行通信。

(7)如果cma1和cma2有一方切换信道失败，那么，两者把信道切换到切换前的信道。

状态监测代理装置实施例2：

本实施例与上述状态监测代理装置实施例1的区别在于，如图5所示，本实施例中的cma中设置两个载波聚合射频模块，即第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块。mcu连接两个2.4ghz、5.8ghz载波聚合射频模块，该2.4ghz、5.8ghz载波聚合射频模块通过定向天线发送或接收数据。

如图6所示，以cma1为例，cma1装置中设置了第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块，该第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块与mcu连接，cma1通过第一载波聚合射频模块与相邻的cma2实现上述根据信道质量切换信道的过程，同时，cma1通过第二载波聚合射频模块与另外一个相邻的cma4实现上述根据信道质量切换信道的过程，从而实现了该输电线路段内，多个cma装置的自组网通信。

作为对本实施例的改进，本实施例中的cma中还包括一个数据交换模块，第一载波聚合射频模块和第二载波聚合射频模块通过数据交换模块连接所述mcu。

并且，该数据交换模块能够连接外部状态监测装置，用于数据交换。

而且，本实施例中，cma中还包括多模态通信终端模块，所述多模态通信终端模块连接所述数据交换模块，用于将获取的数据转发。多模态通信终端模块包括2g终端模块、3g终端模块、和/或4g终端模块。

上述实施例中，通过接收功率(referencesignalreceivingpower，rsrp)、信号与干扰加噪声比(signaltointerferenceplusnoiseratio，sinr)以及数据速率判断信道质量，在当前信道的参考信号接收功率、信号与干扰加噪声比以及数据速率降低到一定的阈值时，装置启动自动调频和信道检测过程，调频到其它信道，并按照设定的算法选择一个质量最好的信道进行通信。通信装置间地位对等，通过点对点自组网的方式进行通信，无需建设基站或者ap，适用于输电线路线型通信的场景，工作频率涵盖了多个频段，范围更广，抗干扰能力更强，通信质量更好。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。